CN109762345A - 一种表面绝缘材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面绝缘材料及其应用，所述表面绝缘材料包括A组分和B组分，所述A组分按质量百分比计包括以下组分：甲基乙烯基聚硅氧烷40％～70％，甲基氢聚硅氧烷5％～20％，补强填料10％～40％，处理剂2％～10％；所述B组分按质量百分比计包括以下组分：甲基乙烯基聚硅氧烷50％～87％，补强填料10％～40％，催化剂0.05％～0.2％，抗氧剂0.95％～2％，处理剂2％～10％；本发明提供的表面绝缘材料绝缘性好，防污性优，耐辐射防水防潮，能够大大提高变压器的寿命和可靠性，具有良好的应用前景和市场价值。

Description

一种表面绝缘材料及其应用

技术领域

本发明属于涂料领域，涉及一种表面绝缘材料及其应用，尤其涉及一种表面绝缘材料及其在变压器中的应用。

背景技术

干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑、机场等场所，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50％。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。

绝缘材料又称电介质。通俗讲绝缘材料就是能够阻止电流在其中通过的材料，即不导电材料。常用的绝缘材料有：气体，如空气、六氟化硫等。液体：如干式变压器油、电缆油、电容器油等；固体材料：包括两类，一是无机绝缘材料，如云母、石棉、电瓷、玻璃等，另一类是有机物质，如纸、棉纱、木材、塑料等。

目前，干式变压器表面涂层绝缘材料主要是非有机硅材料，存在长期防污导致拉电弧，耐辐射测试后会出现老化的问题。

CN108909070A公开了一种耐化学腐蚀的绝缘材料及其制备方法。包括依次层叠的第一聚苯硫醚薄膜、聚酰亚胺薄膜和第二聚苯硫醚薄膜；聚酰亚胺薄膜与第一聚苯硫醚薄膜之间、与第二聚苯硫醚薄膜之间均通过胶粘剂粘接。通过上述方式制备的绝缘材料具有良好的机械性能、电性能和热稳定性，且耐化学腐蚀，可应用于电动汽车的电机中绕制线圈，亦可应用于油式变压器、电磁炉、发电机及其他电器中作匝间绝缘、槽间绝缘、相间绝缘和衬垫绝缘。此方法制备的材料应用于油式变压器，并不适用于干式变压器。

CN108359222A公开了一种用于变压器的绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：a、将改性蒙脱土、二氧化钛、改性云母粉和钛白粉混合、干燥、球磨，得到粉料；b、向粉料中加入润滑剂和抗氧剂，加热并搅拌，分散均匀，得到混合物一；c、将改性环氧树脂乳液、海藻酸丙二醇酯、聚氨酯乳液、纤维素基料和增韧剂混合搅拌，再超声分散，得到混合物二；d、将混合物一、混合物二、羧甲基纤维素钠和硅酸钠混合，导入平板硫化机中，加热加压成型。此方法简单，导热、耐候、耐高温等，用于变压器具有良好的应用前景。但是此绝缘材料为非硅类绝缘材料，存在老化等问题。

CN105336396A公开了一种导热效果好的用于变压器的绝缘材料，由以下重量份的原料制备制成：硅烷偶联剂kh550 0.6-0.7、云母6-8、甘氨酸1-1.5、硅烷偶联剂kh570 0.3-0.4、乳化剂OP-10 0.1-0.2、十二烷基磺酸钠0.2-0.3、E44环氧树脂2-3、聚丙烯酰胺0.3-0.5、浆板500-550、钛白粉1.6-2、海藻酸丙二醇酯0.3-0.4、聚氨酯乳液2-2.5、秸秆纤维3-4、中空玻璃微珠0.6-0.8、去离子水适量；此制备方法简单，导热、耐候、耐高温等性能好，用于变压器具有良好的应用前景。但是同样存在拉电弧、易老化的问题。

因此，如何开发一种新型的干式变压器绝缘材料，对实际应用具有重要的意义和价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面绝缘材料及其应用，使得其具有优良的绝缘性、防污性、耐辐射性、防水防潮性同时具有耐老化和可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种表面绝缘材料，所述表面绝缘材料包括A组分和B组分，所述A组分按质量百分比计包括以下组分：

所述B组分按质量百分比计包括以下组分：

本发明提供的表面绝缘材料是一种有机硅类的材料，绝缘性好，防污性优，耐辐射防水防潮，通过各组分的合理搭配，避免了使用非有机硅材料类存在的拉电弧和老化的问题，并且通过适量的补强填料和处理剂添加，使得绝缘材料的粘度适宜，补强效果优良，介电性能、机械性能均有所提升，是一种良好的绝缘材料。

在A组分中，甲基乙烯基聚硅氧烷的质量百分比为40％～70％，例如可以是40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％等。

在B组分中，甲基乙烯基聚硅氧烷的质量百分比为50％～87％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或87％等。

优选地，所述甲基乙烯基聚硅氧烷中的乙烯基摩尔含量为0.01％～0.2％，例如可以是0.01％、0.02％、0.05％、0.08％、0.1％、0.13％、0.14％、0.16％、0.18％或0.2％等。

优选地，所述甲基乙烯基聚硅氧烷的结构式为CH₂＝CHSi(R₁)₂O[(R₂)₂SiO_2/2]_m(R₁)₂SiCH＝CH₂，其中R₁和R₂独立地选自-CH₃、-CH₂CH₂CF₃或-C₆H₅中任意一种或至少两种的组合，m为大于0的整数。

优选地，R₁和R₂独立地选自-CH₂CH₂CF₃，m的值为300～600。

在本发明中，甲基乙烯基聚硅氧烷中可选地添加含有氟原子的基团，可调节聚合物的性能。

优选地，所述甲基氢聚硅氧烷中的含氢摩尔含量为0.01％～1％，例如可以是0.01％、0.02％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。

优选地，所述甲基氢聚硅氧烷的结构式为(CH₃)₃SiO[R₃R₄SiO_2/2]_p[(R₃)₂SiO_2/2]_qSi(CH₃)₃，其中R₃独立地选自-CH₃、-CH₂CH₃或-C₆H₅中任意一种，R₄选自-H，p和q均为大于0的整数，p和q的取值为50～100且p大于q。

在A组分中，补强填料的质量百分比为10％～40％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％等。

在B组分中，补强填料的质量百分比为10％～40％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％等。

优选地，A组分与B组分中补强填料的质量百分比为25％～33％。

优选地，所述补强填料包括沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、碳酸钙或炭黑中的任意一种或至少两种的组合；优选为沉淀法白炭黑。

在本发明中，补强填料提供了补强作用，如果材料中不添加补强填料，材料的性能会大幅下降。

优选地，所述补强填料的比表面积为100m²/g～380m²/g；优选为150m²/g。

补强填料的比表面积对于材料的性能会产生较大影响。如果比表面积大，补强的效果突出，但是也会伴随着材料的粘度增加。因此，选择适宜范围比表面积的补强填料对于平衡材料的性能非常重要，最优选比表面积为150m²/g。

优选地，A组分中处理剂的质量百分比为2％～10％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。

优选地，B组分中处理剂的质量百分比为2％～10％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。

优选地，所述处理剂包括六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或至少两种的组合。

在本发明中，添加适量的处理剂，可降低材料的粘度，进一步调整材料的性能。

优选地，所述A组分中还包括质量百分比为0.01％～0.1％的抑制剂，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％等。

优选地，所述抑制剂包括炔醇、乙烯基环体、醚类化合物、富马酸酯类化合物或氰类化合物中的任意一种或至少两种的组合。

在本发明中，炔醇可以是丙炔醇，醚类化合物可以是二甲醚等等，富马酸酯类化合物可以是富马酸单乙酯、富马酸氨基酸酯等等，氰类化合物可以是甲苯二异氰酸酯、氰酸乙酯等等。

催化剂的质量百分比为0.05％～0.2％，例如可以是0.05％、0.08％、0.1％、0.13％、0.15％、0.19％或0.2％等。

优选地，所述催化剂包括铂的配合物与端乙烯基聚硅氧烷的混合物或铂的螯合物与端乙烯基聚硅氧烷的混合物。

本发明所述催化剂为本领域技术人员所公知，由本领域技术人员通过常规的方法合成制备得到。

抗氧剂的质量百分比为0.95％～2％，例如可以是0.95％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等。

优选地，所述抗氧剂包括苯并三氮唑、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸异辛酯或二异辛基二苯胺中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述A组分与B组分的质量比为1:(0.8～1.3)，例如可以是1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、1:1.2或1:1.3等。

本发明还提供了一种如第一方面所述的表面绝缘材料在变压器中的应用。

优选地，所述变压器为干式变压器。

本发明提供的表面绝缘材料特别适用于干式变压器的表面绝缘。

优选地，所述应用为将表面绝缘材料中的A组分和B组分混合，经过真空脱泡后涂覆于变压器表面使用。

本发明提供的表面绝缘材料在应用时，方法简便，仅需将A组分与B组分按配比混合后涂覆即可适用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的表面绝缘材料是一种有机硅类的材料，绝缘性好，防污性优，耐辐射防水防潮，通过各组分的合理搭配，避免了使用非有机硅材料类存在的拉电弧和老化的问题，并且通过适量的补强填料和处理剂添加，使得绝缘材料的粘度适宜，补强效果优良，介电性能、机械性能均有所提升，其中抗拉强度可达到3.5MPa左右，伸长率可达到350％，硬度适宜，是一种良好的绝缘材料，能够大大提高变压器尤其是干式变压器的寿命和可靠性，具有良好的应用前景和市场价值。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供的表面绝缘材料包括质量比为1:1的A组分和B组分，A组分按质量百分比计包括以下组分：

所述B组分按质量百分比计包括以下组分：

其中，甲基乙烯基聚硅氧烷中乙烯基摩尔含量为0.15％，R₁和R₂均为-CH₂CH₂CF₃，m的值为300；甲基氢聚硅氧烷中氢的摩尔含量为0.5％，R₃为-CH₂CH₃，R₄为-H，p的值为60，q的值为50；沉淀法白炭黑的比表面积为150m²/g。

实施例2

本实施例提供的表面绝缘材料包括质量比为1:1的A组分和B组分，A组分按质量百分比计包括以下组分：

所述B组分按质量百分比计包括以下组分：

其中，甲基乙烯基聚硅氧烷中乙烯基摩尔含量为0.2％，R₁为-CH₂CH₂CF₃，R₂为-C₆H₅，m的值为600；甲基氢聚硅氧烷中氢的摩尔含量为1％，R₃为-CH₃，R₄为-H，p的值为100，q的值为80；气相法白炭黑的比表面积为300m²/g。

实施例3

本实施例提供的表面绝缘材料包括质量比为1:1的A组分和B组分，A组分按质量百分比计包括以下组分：

所述B组分按质量百分比计包括以下组分：

其中，甲基乙烯基聚硅氧烷中乙烯基摩尔含量为0.01％，R₁为-CH₃，R₂为-C₆H₅，m的值为300；甲基氢聚硅氧烷中氢的摩尔含量为0.01％，R₃为-C₆H₅，R₄为-H，p的值为60，q的值为50；炭黑的比表面积为170m²/g，碳酸钙的比表面积为100m²/g。

实施例4

本实施例提供的表面绝缘材料包括质量比为1:1的A组分和B组分，A组分按质量百分比计包括以下组分：

所述B组分按质量百分比计包括以下组分：

其中，甲基乙烯基聚硅氧烷中乙烯基摩尔含量为0.15％，R₁为-CH₂CH₂CF₃，R₂为-C₆H₅，m的值为350；甲基氢聚硅氧烷中氢的摩尔含量为0.06％，聚合度为115，R₃为-C₆H₅，R₄为-H，p的值为75，q的值为50；沉淀法白炭黑的比表面积为350m²/g，气相法白炭黑的比表面积为380m²/g。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例中沉淀法白炭黑的比表面积为50m²/g。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于，本实施例中A组分和B组分均不包括六甲基二硅氮烷，且A组分中沉淀法白炭黑的质量百分比为34.9％，B组分中沉淀法白炭黑的质量百分比为48％。

对比例2

本对比例与实施例1的区别仅在于，本实施例中A组分和B组分均不包括沉淀法白炭黑，且A组分中甲基乙烯基聚硅氧烷的质量百分比为83.9％，B组分中甲基乙烯基聚硅氧烷的质量百分比为97％。

将实施例1-5与对比例1-2制备的表面绝缘材料进行性能测试，具体的测试标准为：粘度测试：GB/T10247-2008；抗拉强度测试，具体测试方法为：GB/T 528-2009；伸长率测试，具体测试方法为：GB/528-2009；硬度测试：GB/T531.1-2008；体积电阻率测试：GB/T1410-2009；介电强度测试：GB/T1408-2009。

具体的测试结果如下表1所示：

表1

通过以上实施例1-5和对比例1-2的数据可知，实施例1综合性能最佳，实施例2中将沉淀法白炭黑替换为气相法白炭黑，材料的粘度大幅度的上涨，达到了88000cps，不利于批覆，但是其他性能还能够保持相对优良的状态；实施例4大幅的减少补强填料，其抗拉强度、伸长率、硬度等方面均产生下降，综合性能大幅下降；实施例5中使用不在本发明限定范围内比表面积的白炭黑，虽然流动性会略微变好，但是其综合性能方面包括伸长率、抗拉强度等会产生小幅度下降，对比例1中不包括处理剂，材料的粘度大幅上升，电性能严重下滑。对比例2不包括补强填料，材料无补强效果，其综合性能非常差，不适合绝缘材料的应用要求。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的表面绝缘材料及其应用，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种表面绝缘材料，其特征在于，所述表面绝缘材料包括A组分和B组分，所述A组分按质量百分比计包括以下组分：

所述B组分按质量百分比计包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的表面绝缘材料，其特征在于，所述甲基乙烯基聚硅氧烷中的乙烯基摩尔含量为0.01％～0.2％；

优选地，所述甲基乙烯基聚硅氧烷的结构式为CH₂＝CHSi(R₁)₂O[(R₂)₂SiO_2/2]_m(R₁)₂SiCH＝CH₂，其中R₁和R₂独立地选自-CH₃、-CH₂CH₂CF₃或-C₆H₅中任意一种或至少两种的组合，m为大于0的整数；

优选地，R₁和R₂独立地选自-CH₂CH₂CF₃，m的值为300～600。

3.根据权利要求1或2所述的表面绝缘材料，其特征在于，所述甲基氢聚硅氧烷中的含氢摩尔含量为0.01％～1％；

优选地，所述甲基氢聚硅氧烷的结构式为(CH₃)₃SiO[R₃R₄SiO_2/2]_p[(R₃)₂SiO_2/2]_qSi(CH₃)₃，其中R₃独立地选自-CH₃、-CH₂CH₃或-C₆H₅中任意一种，R₄选自-H，p和q均为大于0的整数，p和q的取值为50～100且p大于q。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的表面绝缘材料，其特征在于，A组分与B组分中补强填料的质量百分比均为25％～33％；

优选地，所述补强填料包括沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、碳酸钙或炭黑中的任意一种或至少两种的组合；优选为沉淀法白炭黑；

优选地，所述补强填料的比表面积为100m²/g～380m²/g；优选为150m²/g。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的表面绝缘材料，其特征在于，所述处理剂包括六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的表面绝缘材料，其特征在于，所述A组分中还包括质量百分比为0.01％～0.1％的抑制剂；

优选地，所述抑制剂包括炔醇、乙烯基环体、醚类化合物、富马酸酯类化合物或氰类化合物中的任意一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的表面绝缘材料，其特征在于，所述催化剂包括铂的配合物与端乙烯基聚硅氧烷的混合物或铂的螯合物与端乙烯基聚硅氧烷的混合物；

优选地，所述抗氧剂包括苯并三氮唑、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸异辛酯或二异辛基二苯胺中的任意一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的表面绝缘材料，其特征在于，所述A组分与B组分的质量比为1:(0.8～1.3)。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的表面绝缘材料在变压器中的应用；

优选地，所述变压器为干式变压器。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用为将表面绝缘材料中的A组分和B组分混合，经过真空脱泡后涂覆于变压器表面使用。